研究揭开啄木鸟头部高速撞击无损伤奥秘

顾汉现

作者：樊瑜波等 来源：《PLoS综合》

发布时间：2011-11-8 11:04:58

研究揭开啄木鸟头部高速撞击无损伤奥秘

头部损伤是导致人体重伤甚至死亡的主要原因之一。而啄木鸟啄木时其瞬间加速度高达1000—2000g，撞击树干的速度可达到6—7米/秒，但在这过程中它却能“毫发无损”。在近日出版的网络版美国学术杂志《公共科学图书馆—综合》上(PLoS One)，我国学者揭开了啄木鸟高速撞击树干而无损伤的奥秘。

论文通讯作者北京航空航天大学生物与医学工程学院教授樊瑜波接受科技日报采访时表示，其课题组利用运动生物力学观测、解剖形态学、材料力学特性分析、有限元应力分析等方法全面分析了啄木鸟撞击树干的过程。研究显示，啄木鸟头部不仅具有线性加速度，还伴有旋转加速度；形态学观测显示，啄木鸟上下喙并不等长，其下喙承载部分比上喙长1.2毫米且更坚硬，这使得撞击时应力可集中于下颚，避免撞击力转递到脑部造成脑损伤。

研究还发现，啄木鸟特殊的舌骨能够有效地减缓其颈椎受伤风险，啄木鸟舌骨自其鸟喙下侧开始、左右分叉绕到颅骨后侧、延伸到上方，并在前额前方再度交会。啄木鸟啄树干的过程中，不仅需要用力向前撞击，头部向后摆动时的速度、加速度也非常大，而特殊的舌骨此时就好像是“安全带”，有效地避免了颈椎向后折断。

此外，Micro-CT扫描显示，啄木鸟颅骨有不同于其它鸟类的海绵状的骨小梁，可使颅骨更有“弹性”，啄木鸟头骨的特殊形态结构可有效地缓冲撞击。

“对于啄木鸟头部抗冲击的生物力学机制的深入研究将有助于交通事故、航空救生等领域人体头部冲击性损伤机制的认识及防护措施、设备的改进。”樊瑜波说。

论文第一作者为樊瑜波的博士研究生王丽珍，该研究由北京航空航天大学、香港理工大学、李宁公司的研究人员协作完成，并得到了国家自然科学基金的资助。（科技日报 姜靖）